一种公路桥梁垮塌感知报警系统的制作方法

本公开涉及桥梁领域，特别是涉及一种公路桥梁垮塌感知报警系统。

背景技术：

1、现有桥梁安全监测与垮塌报警技术主要包括人工巡查、视频监控、结构健康监测系统以及断线触发式报警装置等方式，但在普通公路桥梁应用中仍存在诸多不足。

2、人工巡查方式依赖管理人员定期检查，具有监测周期长、实时性差、主观性强等缺陷，难以及时发现桥梁突发性损伤和垮塌风险。视频监控虽然能够实现远程观察，但受夜间光照不足、雨雪雾天气遮挡、监控视角限制等因素影响较大，难以准确识别桥梁内部结构状态变化，且无法形成有效的自动报警机制。

3、现有桥梁结构健康监测系统通常采用应变计、位移计、加速度计等高精度传感设备，虽然监测精度较高，但存在设备种类多、安装复杂、建设成本高、供电和通信要求高等问题，不适用于数量庞大的普通公路桥梁推广应用。同时，该类系统普遍需要专业人员维护和数据分析，后期运维成本较高。

4、部分桥梁垮塌报警装置采用单一断线触发或单一阈值判断方式，仅通过检测线缆导通状态或电压变化进行报警。当受到雷击感应、电磁干扰、电源波动、线路老化等外部因素影响时，容易产生误报警或漏报警现象；同时，该类系统仅能在桥梁发生断裂或垮塌后进行报警，缺乏对桥梁异常振动、倾斜变形等失稳征兆的提前预警能力，难以满足桥梁风险早期识别需求。

5、现有桥梁垮塌报警在发生桥梁垮塌事故，通常仅向管理人员发送报警信息，缺少主动交通阻断措施，无法有效防止后续车辆驶入危险区域，从而容易引发二次事故。

6、因此，亟需一种对桥梁风险预警能力强、可靠性高及具有主动交通管控功能的公路桥梁垮塌感知报警系统。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对桥梁风险预警能力、预警可靠性、预警后处理均有待提高的问题，提供一种公路桥梁垮塌感知报警系统。

2、为解决上述问题，本公开采取如下的技术方案：

3、一种公路桥梁垮塌感知报警系统，包括：

4、布设在桥梁梁板底部的线缆；

5、用于检测线缆输入电压和输出电压的线缆检测电路；

6、布设在桥梁梁板底部的多个传感器；每个传感器用于传感其所在测点的倾角值、振动加速度和环境温度；

7、设置在桥梁外侧的、用于提供关于禁止上桥的信息提示的桥外报警装置；

8、数据处理分析模块，用于获取线缆的输入电压数据和输出电压数据；用于计算线缆的归一化的输入输出电压差；用于计算线缆的电压变化率指数，所述为电压变化率的绝对值和预设的最大变化率的比值；用于计算电压信号的稳定度；用于根据、和、利用logistic回归概率模型计算桥梁垮塌概率；用于根据、和计算基于电压的桥梁垮塌报警等级，用于基于计算桥梁垮塌报警的可信度；用于获取倾角值、振动加速度和环境温度并据此计算桥梁整体振动-倾角风险指数；用于根据和计算桥梁垮塌风险指数；用于在时确定桥梁状态为预警状态，用于在条件1、条件2和条件3中任一个满足时确定桥梁状态为报警状态，条件1为大于预设垮塌概率阈值且大于预设可信度阈值，条件2为，条件3为大于等于预设电压差阈值，表示预设的预警阈值，表示预设的报警阈值；

9、控制模块，用于在桥梁状态为预警状态时启动预设的第一报警操作，用于在桥梁状态为报警状态时启动预设的第二报警操作，所述第二报警操作包括控制桥外报警装置提供禁止上桥的信息提示、将发送给指定用户。

10、在一优选实施例中，所述归一化的输入输出电压差的计算公式为：

11、

12、其中，为线缆输出端电压；为线缆输入端电压；为感知线缆的输入输出电压差；

13、所述电压变化率的计算公式为：

14、 (9)

15、其中：为第时刻电压变化率；为第时刻线缆的采样电压；为第时刻线缆的采样电压；为采样周期；

16、稳定度的计算公式为：

17、 (13)

18、 (12)

19、 (11)

20、其中，为线缆输出电压的窗口平均电压，为窗口长度，为采样编号，为第个输出电压采样值，为窗口标准差。

21、在一优选实施例中，所述桥梁垮塌概率的计算公式为：

22、 (14)

23、其中：为自然常数，为桥梁状态判定因子，，为的权重系数，为的权重系数，为的权重系数，为偏置项；

24、所述可信度的计算公式为：

25、 (17)

26、 (18)

27、 (16)

28、 (15)

29、其中，为累计报警中的报警次数标号，为第次报警结果，为累计报警总次数，为基于电压的桥梁垮塌报警等级，为第次基于电压的桥梁垮塌报警等级，为风险指标；为损伤指数权重；为变化率权重；为稳定度权重；为垮塌概率权重。

30、在一优选实施例中，所述计算桥梁整体振动-倾角风险指数具体为：

31、计算温度补偿后的倾角值：

32、 (19)

33、其中，为测点编号，为第个测点的倾角值，为第个测点温度补偿后的倾角值，为温度补偿系数，为基准温度，为第个测点的环境温度；

34、计算归一化的倾角值：

35、

36、其中，为第个测点归一化的倾角值，为预设的倾角报警阈值；

37、计算归一化的振动加速度：

38、 (20)

39、其中，为第个测点归一化的振动加速度，为第个测点的振动加速度，为预设的振动报警阈值；

40、计算第个测点的综合风险值：

41、

42、计算：

43、 (21)

44、其中，为测点总数。

45、在一实施例中，所述根据和计算桥梁垮塌风险指数的计算公式为：

46、 (22)

47、其中，为的权重系数，为的权重系数，。

48、在一优选实施例中，所述公路桥梁垮塌感知报警系统还包括云平台；所述桥外报警装置包括第一声光报警装置；

49、所述预警状态表示桥梁可能存在异常变形趋势，报警状态表示桥梁存在明显风险和/或已断裂；

50、第一报警操作包括：通过云平台进行预警通知、通过手机app进行预警通知、通过短信进行预警通知；

51、第二报警操作还包括：通过云平台进行报警通知、通过手机app进行报警通知、通过短信进行报警通知、自动电话通知管理人员、记录报警事件信息、启动第一声光报警装置。

52、在一优选实施例中，所述第一声光报警装置包括灯光报警器、语音播报装置以及led显示屏，所述灯光报警器、语音播报装置以及led显示屏均设置在桥梁外侧，语音播报装置以及led显示屏均用于提供禁止上桥的信息提示。

53、在一优选实施例中，所述公路桥梁垮塌感知报警系统还包括布设在桥梁上的第二声光报警装置，第二报警操作还包括启动第二声光报警装置。

54、在一优选实施例中，所述线缆采用s形布设于桥梁梁板底部；所述传感器采用振动倾角一体化传感器，所述振动倾角一体化传感器能够传感振动加速度、倾角值和环境温度。

55、在一优选实施例中，所述传感器无线布设在桥梁梁板底部，线缆检测电路和传感器均采用无线的方式信号连接数据处理分析模块，控制模块采用无线的方式信号连接桥外报警装置。

56、上述一种公路桥梁垮塌感知报警系统，通过从电压变化角度、振动倾角角度分析桥梁的风险情况，提高了桥梁风险预警能力；且不是利用电压差直接确定是否存在风险，而是同步考虑归一化的输入输出电压差、电压变化率以及电压信号的稳定度，利用logistic回归概率模型计算桥梁垮塌概率并确定基于电压变化的桥梁垮塌报警的可靠性，降低了误报警或漏报警现象，提高了报警可信度；通过结合环境温度确定的桥梁整体振动-倾角风险指数，准确地预测了桥梁失衡风险；综合桥梁垮塌风险和桥梁失衡风险确定桥梁垮塌风险指数，根据归一化的输入输出电压差、桥梁垮塌概率、桥梁垮塌报警的可信度、桥梁整体振动-倾角风险指数进行风险判断，通过多维考虑进行报警确定，降低了漏报警率，实现了桥梁风险早期识别需求，在桥梁状态为报警状态时启动预设的第二报警操作，包括控制桥外报警装置提供禁止上桥的信息提示、通过将桥梁垮塌风险指数发送给指定用户，提高了用户对桥梁整体风险的了解，实现了主动交通管控，降低了后续危险发生的概率。